Χαρακτηριστικά των κυττάρων PROCARIOTA: δομικά και λειτουργικά

ο προκαρυώτες είναι το σύνολο των οργανισμών που περιλαμβάνουν το βακτήρια ή ευβακτήρια και καμάρες oarcheas. Μαζί είναι πανταχού παρόντες οργανισμοί (είναι παντού). Μπορούν να βρεθούν σε όλα τα είδη περιβάλλοντος, από το όξινο περιβάλλον του στομάχου έως τις υποβρύχιες θερμές πηγές. Η δομή του είναι πολύ απλή και το μέγεθός της είναι μικρό. Αν και οι αρχαίες και τα βακτήρια παρουσιάζουν σημαντικές διαφορές μεταξύ τους, έχουν μια σειρά κοινών χαρακτηριστικών τυπικών όλων των προκαρυωτικών οργανισμών.

Σε αυτό το μάθημα από έναν εκπαιδευτή εξηγούμε τι χαρακτηριστικά προκαρυωτικών κυττάρων σε δομικό επίπεδο και σε λειτουργικό επίπεδο.

Οι προκαρυωτικοί οργανισμοί είναι μονοκύτταροι οργανισμοί με απλή δομή, παρακάτω θα δούμε ποια είναι τα κύρια δομικά χαρακτηριστικά του προκαρυωτικά κύτταρα.

• Μικρά κύτταρα, μεταξύ 1 και 15 μm στην περίπτωση της αρχαίας και 1 και 30 μm στην περίπτωση των βακτηρίων.
• Μη διαμερισματοποιημένα κύτταρα, δηλαδή, δεν υπάρχει εσωτερική διαίρεση σε διαμερίσματα που περιορίζονται από μεμβράνες. Η μόνη μεμβράνη στα προκαρυωτικά κύτταρα είναι η μεμβράνη πλάσματος.

Αυτό σημαίνει ότι μερικά από τα χαρακτηριστικά των προκαρυωτικών κυττάρων είναι:

1. Δεν έχουν πυρήνα: Όπως υποδηλώνει το όνομα, τα προκαρυωτικά κύτταρα στερούνται πυρήνα. Το γενετικό του υλικό βυθίζεται στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων.
2. Δεν έχουν μεμβρανώδη οργανίδια, που σημαίνει ότι όλες οι βιολογικές λειτουργίες του κυττάρου λαμβάνουν χώρα στον ενιαίο χώρο του κυτταροπλάσματος. Ωστόσο, η μεμβράνη πλάσματος αυτών των οργανισμών παρουσιάζει πτυχές που διεισδύουν στο κυτόπλασμα και αυτό περιέχουν ένζυμα που ρυθμίζουν ορισμένες μεταβολικές διεργασίες όπως η σύνθεση ATP ή η φωτοσύνθεση σε βακτήρια φωτοσυνθετικό. Αυτοί οι εμβολιασμοί της κυτταρικής μεμβράνης ονομάζονται μεσοσώματα.

Στο επίπεδο της μεμβράνης πλάσματος, υπάρχουν διαφορές μεταξύ της αρχαίας και των βακτηρίων, έχουν διαφορετική σύνθεση λιπιδίων. Η Archaea έχει δεσμούς που μοιάζουν με αιθέρα στα λιπίδια που συνθέτουν τη μεμβράνη του πλάσματος, παρά δεσμούς που μοιάζουν με εστέρες, όπως εκείνοι που βρίσκονται σε βακτήρια και ευκαρυωτικά κύτταρα. Στην περίπτωση ορισμένων αψίδων, η μεμβράνη του πλάσματος αποτελείται από ένα μόνο στρώμα λιπιδίων.

Απλή δομή χρωμοσώματος

Σε προκαρυωτικά κύτταρα, όλες οι απαραίτητες πληροφορίες για τη ζωή περιέχονται σε ένα μόνο μόριο Γυμνό, διπλόκλωνο και κυκλικό DNA, έκλεισε με έναν ομοιοπολικό δεσμό, που ονομάζεται βακτηριακό χρωμόσωμα. Εκτός από τις γενετικές πληροφορίες που περιέχονται στα εν λόγω χρωμοσώματα, πολλά προκαρυωτικά έχουν εξωχρωμοσωμικό γενετικό υλικό, επίσης σε μόρια δίκλωνου και κυκλικού DNA που περιέχει γενετικές πληροφορίες που δεν είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη του οργανισμού υπό συνθήκες κανονικός.

Αυτές οι εξωχρωμοσωμικές δομές DNA ονομάζονται πλασμίδια. Τα πλασμίδια είναι μικρά μόρια που περιέχουν μόνο λίγα γονίδια, έχουν την ικανότητα να αναπαράγεται ανεξάρτητα από το βακτηριακό χρωμόσωμα και μπορεί να μεταδοθεί μεταξύ διαφορετικών οργανισμών προκαρυώτες. Τα πλασμίδια παίζουν σημαντικό ρόλο στην απόκτηση αντοχής στα αντιβιοτικά από βακτήρια. Κάθε προκαρυωτικό κύτταρο παράγει συνήθως πολλά αντίγραφα ενός πλασμιδίου ενώ παράγει ένα μόνο αντίγραφο του χρωμοσώματος του.

• Μονοκυτταρικοί οργανισμοί: Τα προκαρυωτικά είναι πάντα μονοκύτταροι οργανισμοί, αυτό οφείλεται στη δομική απλότητα του προκαρυωτικού κυττάρου που αποτρέπει την εμφάνιση πολυκυτταρικών οργανισμών. Το επίπεδο δομής του δεν επιτρέπει την εμφάνιση μηχανισμών συντονισμού και την εμφάνιση κυττάρων που ειδικεύονται σε ορισμένες λειτουργίες. όπως συμβαίνει στην περίπτωση του ευκαρυωτικού κυττάρου.
• Παρουσία κυτταρικού τοιχώματος: Όλοι οι προκαρυωτικοί οργανισμοί έχουν ένα εξωτερικό κάλυμμα που προστατεύει τη μεμβράνη του πλάσματος: το κυτταρικό τοίχωμα. Είναι μια άκαμπτη δομή που διαμορφώνει τον μικροοργανισμό. Υπάρχουν διαφορές στη σύνθεση και τη δομή του κυτταρικού τοιχώματος των βακτηρίων και των αρχαίων. Στην περίπτωση των αρχαίων, το κυτταρικό τοίχωμα δεν περιέχει πεπτιδογλυκάνες όπως σε βακτήρια, αλλά μόρια παρόμοιας σύνθεσης που ονομάζονται ψευδοπεπτιδογλυκάνες. Επιπλέον, το κυτταρικό τοίχωμα των αρχαίων μπορεί επίσης να περιέχει γλυκοπρωτεΐνες ή πρωτεΐνες. Υπάρχει ένα γένος αρχαίου που δεν έχει κυτταρικό τοίχωμα: Θερμόπλασμα
• Παρουσία κάψουλας σε πολλές περιπτώσεις: Αν και δεν είναι μια δομή που υπάρχει σε όλους τους προκαρυωτικούς οργανισμούς, η κάψουλα υπάρχει στους περισσότερους από αυτούς. Αποτελείται από ένα στρώμα εξωτερικό του κυτταρικού τοιχώματος με ζελατινώδη σύσταση, που σχηματίζεται από πρωτεΐνες, γλυκοπρωτεΐνες και νερό. και αυτό επιτρέπει στους προκαρυώτες να προσκολλώνται στο υπόστρωμα και να σχηματίζουν αποικίες μέσω της συνάθροισης πολλών ατόμων.
• Απουσία κυτταροσκελετού: Τα προκαρυωτικά κύτταρα δεν έχουν κυτταροσκελετό (κυτταροπλασματική δομή αποτελούμενη από μικροσωληνίσκους) και η δομή που είναι υπεύθυνη για τη διαμόρφωση αυτών των οργανισμών είναι το κυτταρικό τους τοίχωμα.
• Παρουσία ριβοσωμάτων: Τα μόνα οργανίδια που υπάρχουν στα προκαρυωτικά είναι ριβοσώματα. Τα ριβοσώματα είναι μη μεμβρανώδη οργανίδια που αποτελούνται από δύο υπομονάδες που αποτελούνται από RNA και πρωτεΐνες. Είναι οργανίδια που είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση πρωτεϊνών από τις πληροφορίες που περιέχονται στα μόρια αγγελιοφόρου RNA. Το ριβοσωμικό RNA της αρχαίας και των βακτηριδίων έχει εντελώς διαφορετική σύνθεση και είναι ένα από τα τα φυλογενετικά κριτήρια που επιτρέπουν τη διαφοροποίηση αυτών των δύο οργανισμών σε ξεχωριστούς τομείς προκαρυώτες.

Συνεχίζουμε να γνωρίζουμε τα χαρακτηριστικά των προκαρυωτικών κυττάρων για να εστιάσουμε στη λειτουργία τους. ο προκαρυωτικοί οργανισμοί έχουν ορισμένα λειτουργικά χαρακτηριστικά που εξηγεί την ευκολία του να αποικίσει κάθε είδους περιβάλλοντα και προσαρμόζεται γρήγορα στις αλλαγές. Τα κύρια λειτουργικά χαρακτηριστικά των προκαρυωτικών είναι τα ακόλουθα:

Μεταβολική ποικιλομορφία

Η ακραία προσαρμοστικότητα των προκαρυωτικών καθορίζεται από την εξαιρετική ευελιξία του γονιδιώματός τους (σύνολο γονιδίων που περιέχει τις γενετικές πληροφορίες ενός οργανισμού). Οι προκαρυωτικοί οργανισμοί έχουν την ικανότητα να αντιγράφουν, να διαγράφουν ή να αλλάζουν τα γονίδια τους. Δηλαδή, παρουσιάζουν ποσοστό πολύ υψηλή μετάλλαξη.

Εκτός από αυτήν την υψηλή ικανότητα μετάλλαξης, τα προκαρυωτικά έχουν την ικανότητα να ανταλλάσσουν γενετικό υλικό με άλλους μικροοργανισμούς που υπάρχουν στο περιβάλλον τους, σε μια διαδικασία που ονομάζεται οριζόντια μεταφορά γονιδίων.

Η οριζόντια μεταφορά γονιδίων είναι ένας ιδιαίτερα σημαντικός μηχανισμός στην περίπτωση των αρχαίων. Η οριζόντια μεταφορά γονιδίων επιτρέπει στους προκαρυωτικούς να αποκτήσουν προσαρμογές στο περιβάλλον που υπάρχει σε άλλους μικροοργανισμούς, γεγονός που τους επιτρέπει να αποικίσουν γρήγορα νέα περιβάλλοντα. Αυτός ο οριζόντιος μηχανισμός μεταφοράς γονιδίων αποτελεί ισχυρό κυρίαρχη δύναμη στην εξέλιξη των προκαρυωτικών και θα εξηγούσε, για παράδειγμα, την ταχεία εμφάνιση αντοχής στα αντιβιοτικά στα βακτήρια και ειδικά στην αρχαία.

Σεξουαλική και παράσηξ αναπαραγωγή

Ασεξουαλική αναπαραγωγή: Τα προκαρυωτικά αναπαράγονται με ασεξουαλική αναπαραγωγή.

• Διμερισμός ή αναπαραγωγή με κυτταρική σχάση: είναι ο απλούστερος τύπος αναπαραγωγής, στον οποίο ένα άτομο (κελί) διαιρείται για να δημιουργήσει δύο κύτταρα ή άτομα. Η διαδοχική διαίρεση με διχοτόμηση οδηγεί στη δημιουργία αποικιών κλωνικών οργανισμών (με πανομοιότυπες γενετικές πληροφορίες).
• Σποριοποίηση: Αυτός ο τύπος ασεξουαλικής αναπαραγωγής συνεπάγεται το σχηματισμό ενδοσπόρων (μορφές αντίστασης) ως απάντηση σε δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες. Εμφανίζεται μόνο σε ορισμένα βακτήρια αλλά όχι στην αρχαία.

Παρασεξουαλική αναπαραγωγή: Γενετικός ανασυνδυασμός σε προκαρυώτες. Η παρασεξουαλική αναπαραγωγή είναι αυτή στην οποία δύο οργανισμοί ανταλλάσσουν γενετικές πληροφορίες ή αποκτούν νέες γενετικές πληροφορίες από άλλο άτομο. Αυτοί οι μηχανισμοί παρέχουν γενετική ποικιλομορφία στους προκαρυωτικούς οργανισμούς, καθώς χάρη σε αυτούς ο ανασυνδυασμός του γενετικές πληροφορίες και επιτρέπει, μαζί με το υψηλό ποσοστό μετάλλαξης, την εμφάνιση νέων παραλλαγών του είδους των οργανισμών προκαρυώτες.

Υπάρχουν διάφοροι μηχανισμοί γενετικού ανασυνδυασμού σε προκαρυώτες.

• Μεταμόρφωση: Είναι η διαδικασία με την οποία ένας προκαρυωτικός οργανισμός είναι ικανός να ενσωματώνει εξωγενές DNA, που προέρχεται από άλλους προκαρυωτικούς οργανισμούς και είναι ελεύθερη στο περιβάλλον.
• Μεταγωγή: Είναι η μετάβαση γενετικού υλικού από το ένα άτομο στο άλλο μέσω ενός βακτηριοφάγου (ιός που μολύνει βακτήρια).
• Σύνδεση: Αποτελείται από την μονοκατευθυνόμενη ανταλλαγή γενετικού υλικού από άτομο δότη σε άτομο παραλήπτη, μέσω άμεσης επαφής μεταξύ τους. Τα πλασμίδια είναι τα στοιχεία που μεταδίδονται συχνότερα από αυτόν τον μηχανισμό.

Ταχεία ανάπτυξη

Οι περισσότεροι προκαρυωτικοί οργανισμοί αναπαράγονται πολύ γρήγορα, οπότε ο χρόνος που έχει παρέλθει χρόνος παραγωγής (ο χρόνος από τη γέννηση μιας γενιάς έως τη γέννηση της επόμενης) είναι πολύ κοντό. Για ένα βακτήριο ο μέσος χρόνος παραγωγής είναι 20 λεπτά. Η υψηλή ανάπτυξη καθιστά δυνατή την ταχεία αποικία των νέων περιβαλλόντων.